DE2306035A1

DE2306035A1 - Verfahren zum kontinuierlichen speisen eines metallischen verdampfungsbades und vorrichtung hierzu

Info

Publication number: DE2306035A1
Application number: DE2306035A
Authority: DE
Inventors: Georges Donckel; Dominique Streel
Original assignee: Cockerill Ougree Providence SA; Arbed SA
Current assignee: Cockerill Ougree Providence SA; Arcelor Luxembourg SA
Priority date: 1972-02-08
Filing date: 1973-02-08
Publication date: 1973-08-23
Also published as: BE795116A; GB1425095A; FR2171085B1; JPS4984930A; FR2171085A1; US3860444A; IT977238B; LU64748A1; CA992811A; NL7217377A

Description

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Anmelder: Acieries Reunies de Burbach-Eich-Dudelan^e S.A. ARBED

Avenue de la Liberte
Luxemburg

Cookerili-Outfree-Providence S.A.

Sorain,":
Belgien

Verfahren zum kontinuierlichen Speisen nines metallischen Verdampfungbades und Vorrichtung hierzu

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Speisen eines metallischen Verdampfungbad es und insbesondere auf ein kontinuierliches Verfahren zum Sneisen eines Bades von F'etallen mit hohem Schmelzpunkt in Schmelztiegel großer Kapazität und großer Verdampfun^ooberflache.

Metallische Überzüge auf ländlichen Produkten l.innnn nich durch r.ohi n']nnn Vorfahren hnrntollcn, innbonondore durch Vpr-

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dampfungsverfahren unter Vakuum. Zur Anwendung dieser Verfahren führt man das zu überziehende Produkt in einen Raum,..in dem

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ein Vakuum von ungefähr 10 bis1O Torr herrscht und in dem sich Metalldämpfe aus einem Schmelztiegel befinden, die von dem zur Bildung des Überzugs auf eine hohe Temperatur gebrachten Metall ausgehen.

Die Dämpfe kondensieren auf dem zu überziehenden Produkt und müssen dort einen reinen kontinuierlichen homogenen und gut haftenden Überzug ohne die geringste Erhebung bilden, dessen Stärke .ie nach den Bedingungen von einigen Zehntel bis einigen Zehn Mikron reichen kann.

Die Speisung der Schmelztiegel mit Verdampfungsmaterial kann auf zwei Arten erfolgen:

1) Man versieht dan Bad zu Beginn dos Verfahrens ein für alle Mal mit Verdampfungsmatorial. Diese Praxis ist insbesondere dann anzutreffen, wenn es darum geht, elektronische Stromkminn und Kleintoile zu metallisieren oder opti r.che Schichten mit Hilfe von Anlagen geringer oder gar schwacher Kapazität aufzubringen. Wenn man mit solchen "erschüpfb.'ir" genannten Bädern arbeitet, verdampfen selbst Metalle mit hohem Schmelzpunkt (oberhalb 12QQ⁰C)-leicht und bilden durch Kondensation gleichmäßige und homogene Überzüge ohne die..geringste Erhobung,

2) Oder aber man speist den Schmelztiegel kontinuierlich, so

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d.-iß fins duroh Verdampfung al^c^in^onc Material ornokr.t wird. Dies trifft insbesondere "beim Überziehen von Bandstahl oder Jedem"anderen ländlichen Produkt zu. Im allgemeinen erfolgt diese Art der Speisung durch einen einige I.üllimoter starken Draht, den man durch eine Schleusenkammer in don Verdampfungsraum einführt. Der Draht wird durch ein an einen Elektromotor angeschlossenes Mitnehmersystem in das Verdampfun^sbad geführt, wo er schmilzt. Die Bedienung der Mitnehmereinrichtung wird durch Bedienungspersonal oder irgendeine automatische Vorrichtung ferngesteuert, so daß die zugeführte 'Taterialmenge den Bedürfnissen entsprechend, angepaßt wird.

Das System funktioniert zwar einwandfrei beim Verdampfen eines Metalls mit niederem Schmelzpunkt, wie Aluminium (Schmelzpunkt 660 O, Vcrdarnpfungstemperatur ca. 1200 C), doch hat man festgestellt, daß sich Schwierigkeiten ergaben, wenn die Verdampf un.^nmonge groß war und das kontinuierlich gespeiste Bad aus Metallen mit hohem Schmelzpunkt, wie z.B. Nickel (Schmelzpunkt 1455 0) odor r.nv Ticgi erungen, z.B. aus Nickel und Chrom (Schmelzpunkt ^1455 C, Verdampfungstemperatur->1800 C)₁,ic nach Logierungsverhältnisbcstand.

Es bilden sich dann Spritzer aus di eken Tröpfchen geschmolzenen Hctalls, und es kann sich sogar eine solche Instabilität ' des Badπ in der Umgebung des Eintauchpunktes ausbilden, daß eine kloine Kxplosion st.attfindet. Da hierdurch d.-in Aussehen des Überzugs verändert und auch dor Harktw^rt verringert sov/io die Herstellung gestört wird, hat mn vernchiodono "'.ittel vorro-

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sehen, um die Bildung solcher Tröpfchen zu verhindern. So wurde angeregt, den Eintauchpunkt des Drahts vom übrigen Schmelztiegel mit Hilfe einer feuerfesten Abschirmung'zu trennen (US-Patent 3 467 O58 vom 16. September 1969 "Apparatus for Vaporizing Metals"), oder dem Metallbad bestimmte Elemente zuzugeben, wie z.B. Zuschläge aus Polonium- und Manganoxyden oder aus Blei- und Molybdänoxyden, die .seine Oberflächenspannung verringern (britisches Patent 1 154 954 vom 8. September 1967 "Process for evaporating a metal in vacuum at high temperature allowing of avoiding metal projections"), oder im besonderen Fall von Blei, 0,005 Gewichtsprozent seines Oxyds in das Bad zu geben (britisches Patent 1 246 077 vom 15. September 1971 der Cie Generale d'Electricite "Improvement in or modification of a process for evaporating a' metal in vacuum at high temperature allowing avoiding metal projections") oder auch in das Metallbad Graphitteile zu geben, um die Oberflächenspannung zu zerstören (britisches Patent 1 162 410 vom 22. November 1967, John Lamp).

.Diese Verfahren wären annehmbar, wenn sie nicht folgende Nachteile hätten. Die zuerst, vorgeschlagene Lösung ist koiipliziert und kostspielig. Bei der zweiten Lösung haben die gebildeten Schichten veränderte Eigenschaften wegen der ungünstigen Auswirkung der Tatsache, daß das verdampfte Material auch das Zuschlagmetall enthält und daher nicht mehr rein int. Diese Vorwürfe gelten auch für das dritte Verfahren, das speziell bei Blei angewandt wird. Der von John Lamp vorgeschlagene Weg ist

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Ii nt mi ln'l'r· i i'iI i .^I'li'lor, denn nbgoMPlipn vnn nninpr Komp I r>y i I. M t, und Kostnpi el igkeit verringert or din Abdampfungnflächo, dio obenf all s gestört wird, beträchtlich.

Din dor Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt darin, ein einfachen und wirtschaftlichoB Vorfahren zu nohnffon, mit dem man ein nun oinom Metall oder einer Legierung mit hohem Schmelzpunkt bentehendo3 Bad kontinuierlich zu speisen vermag, ohne ein Spritzen hervorzurufen, unabhängig davon,, wie groß die Zuführgeschwindigkeit des Zufuhrdrahtes in das Bad ist.

Eine Lösung des Problems wird erreicht durch ein Verfahren der gesteuerten Speisung eines Bades mit Hilfe eines Drahtes, insbesondere eines Drahtes aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt (höher als 1200 C), das sich auf die folgende Peststellung stützt: Wenn der Draht in das Bad eindringt, liegt seine Temperatur in der Nähe von 25 C. Um dort zu schmelzen, muß er sozusagen in einem Augenblick von 25 C auf eine Temperatur über 1200 C ansteigen, was unmöglich ist. Hieraus ergeben sich ein heftiges thermisches Ungleichgewicht am Eintauchpunkt des Drahtes und die Bildung einer teigigen Zone, an der die thermische Instabilität festgestellt wird. Im übrigen enthalten die auf dem Markt angebotenen Zufuhrdrähte immer eine bestimmte Menge an eingeschlossenem Gas, das am sich in instabilem Gleichgewicht befindlichen Eintauchpunkt unweigerlich frei wird und ein Spritzen und sogar Explosionen'hervorruft.

Andererseits hnt man festgestellt, daß da3 Phänomen im Falle von Λ am in ium aufgrund der geringeren Tnmperaturuntnrnohiode zwinchen

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dem Draht (Schmelzpunkt 660 C) und dem Bad nicht auftrat und, z.B. im Fall von Nickel, auch nicht bei sehr geringen Zufuhrmengen, die jedoch nicht ausreichen, um den Verbrauch an Metall durch Verdampfung in einer industriell betriebenen Anlage auszu gleichen. Gestützt auf die verschiedenen Peststellungen haben die Anmelder eine völlig zufriedenstellende Lösung gefunden, die -darin besteht, daß man die Differenz zwischen der Temperatur des Zufuhrdrahtes und der des Bades so verringert, daß sie im Augenblick des Eintauchens des Drahtes in den Schmelztiegel weniger als.800 bis 1000 C beträgt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man dem Draht aus dom zu verdampfnndon Material in an sich bekannter Weise auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um seine Schmelzdauer stark abzukürzen, und so ,jede Gefahr der Bildung einer zum Spritzen neigenden teigigen Zone im Bad ausschließt.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform speist man das Bad mit Hilfe eines einige Millimeter stärken kontinuierlichen Drahtes von einer außerhalb der Verdampfungskammer liegenden Spule aus; man führt den Draht durch eine dichte Schleuse mit einer solchen Geschwindigkeit' ins Tnnern der Kammer, das die Zufuhr die Verdampfung ausgleicht; man heizt entweder durch Joule'sehe Wärme oder durch Elektronenbeschuß oder induktion odor .iod on andern bok-innto F.Tittoi, π own it d-tr; die geohto η i οΊ rl go Tomnorn tvv! \ iTnr^nz 7:n\::^r'.Y.^r:r\ '·.'■·■ '..(■■•..\.\ mtA. ^r1^r:"i

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BAD ORIGINAL

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Und πτ·Γ" i flil, wird. Τ):ιηη unfcnrwi rf I, "vn Ίηη w:it'"i<Mi Dr.-ih!. noforfc dor Einwirkung des Bades, dessen Temperatur höchstens 800 bis 1000 0 .höher liegt. Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens wird die Aufheizung des Drahtes durch die Tätigkeit einer Elektronenkanone geeigneter Form oder durch Einführen in eine Induktionsschleife oder durch Stromwärme, d.h. durch direktes Hindurchleiten eines Stromes durch den Draht bewerkstelligt.

Es wurde gefunden, daß die Verwendung einer Elektronenlcanone als Heizung für den Zufuhrdraht eine vorteilhafte, bequeme und relativ wirtschaftliche Lösung darstellt. Das Verfahren umfaßt allgemein ein lokales Erwärmen des Drahtes auf eine unter der Schmelztemperatur liegende Temperatur, die aber ausreicht, um die Schmelzdauor zu verkürzen, und die das thermische Gleichgewicht nicht stört.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungngemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens u.nfaßt eine mit einem Schmelztiegel versehene Vakuumkammer, eine Elektronenkanone, ein Mitnehmersystem für den zuzuführenden Draht, eine Einrichtung zum Heizen des Drahtes und eine an die Kammer angeschlossene und in der Zeichnung nicht gezeigte Vakuumpumpe. Die praktische Durchführung des erfindungsge-· mäßon Verfahrens int besonders einfach.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sioh auo der folgenden Beschreibung von Aunführungsformon in Verbindung mit

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don Annpi'üohon "und dor Zeichnung.

In der Zeichnung zeigen: \ · ·

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform mit einer elektrischen Einrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform mit einer induktiv arbeitenden Heizeinrichtung und "

Fig.3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform mit einer zusätzlichen Elektronenkanone als Heizeinrichtung für den Draht.

Ein vonrvhnr Rolle abgezogener kontinuierlicher Draht 1 aus dem zu vordamnfend on Material mit oinom Durchmesser von einigen Millimetern durchquert eine dichte Schleusenkammer 2, dringt dann in einen Verdampfungsraum 3» wo er direkt mit Hilfe einer Heizeinrichtung 4 kontinuierlich erwärmt wird, die so konziriiert ist, daß ein Strom bei 5 in den Draht eintritt und ihn nine experimentell bestimmte Strecke durchläuft, um bei 6 wieder auszutreten. Bei. seiner Beförderung wird der Draht auf die gewünschte Temperatur gebracht und taucht danach, während er die gewünschte Temperatur hat, in einen das zu verdampfende Metall enthaltenden Schmelztiegel 7 ein, in dem das Metall mit Hilfe einer Elektronenkanone 8 erwärmt wird. Hieraus ergibt sich, daß der auf din vorgesehene Temperatur gebrachte Draht ranch schmilzt, was zur Folge hat, daß das thermische fileichgewicht nicht "-ostb'rt wird, .iodπ Gnfahr dos Spritzons von Tropfchon aun.^onchnltot und nin

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glo I ohnuiQiger, homogener, kontinuierlicher vintl mit hnftrndor Aufdampfnied erschlag sichergestellt wird.

In der Zeichnung für die Erläuterung anderer Heizeinrichtungen zuTi Erwärmen den Drahtes in den Fieren sind din gl eichen Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet. So bedeuten die Zahlen 4) und 4)) die ,jeweils vorgeschlagene Heizeinrichtung für den Draht.

In Pi₁Pj. 2 ist eine weitere geeignete Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die Erwärmung des Drahtes mit Hilfe einer allgemein bekannten Induktionseinrichtung erfolgt.

Die auf eine weitere Ausführungsform bezogene Pig. 3 zeigt eine schematische Ansicht, bei der eine Elektronenkanone eingesetzt wird, die unabhängig ist von der, die zur Heizung des Schmelztiegels verwendet wird. Diese an sich bekannte, nicht näher beschriebene Heizeinrichtung wird bevorzugt.

In einem Anwendungsbeispiel wird Nickel-Chrom (8O/?O) auf ein kontinuierliches Eisenblech von einem Schmelztiegel aus verdampft, der sich in einem Vakuum von 10"" Torr befindet und ein Aufnahme-

p vermögen von 8 kg und eine Emissionsfläche von 350 cm besitzt.

Auf 180O⁰C gebracht, gibt das Nickel-Chrom-Bad ca. P¹Og Material · pro Minute ab, das durch Zufuhr des zu schmelzenden Drahtes in den Schmelztiegel ersetzt werden muß.

Bin Speisung des Bades erfolgt durch einen Nickolchromdraht 80/20

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mit η i nnm Durohmonnpr von ^m"i von pi nor riußnrhn/lb don Rrmmori angeordneten Spule aus. Wenn der Draht nach Durchlaufen der dichten Schleuse eine Temperatur im Bereich der Umgebungstempehat und direkt in das Bad kommt, in dem eine Temperatur 00 C herrscht, bilden sich schon S Materialzufuhr 8g pro Minute übersteigt.

von 1800 C herrscht, bilden sich schon Spritzer, wenn die

Wenn demgegenüber erfindungsgemäß der Draht innerhalb einer Strecke von 10cm auf Rotglut (800 G) gebracht wird und der Abstand zwischen seiner Temperatur und der des Bades weniger als 1000 C beträgt, kann man das Bad ohne geringste Gefahr der Spritzerbildung in einer Menge von 30g/Minute Zuspeisen; anders gesagt, man kann also das verdampfte Metall reichlich ersetzen und sehr zufriedenstellende Überzugsschichten erhalten.

Man hat außerdem festgestellt, daß die zur Heizung und zum guten Schmelzen im Schmelztiegel erforderlichen Stromstärken jeweils bei 115 und 180 A bei einer Zufuhr von 10 bzw. 25g pro Minute lagen«

Das Verfahren ist sswar in Bezug auf Nickel oder die Nickel-Chrom-Legierung beschrieben^versteht sich aber von selbst, daß es auch auf jedes nicht angegebene Metall oder Legierung mit hohem Schmelzpunkt anwendbar ist und daß die Erfindung zahlreiche Abwandlungen, die die gegebene Boschreibung nahelegt,, erfahren kann.

Claims

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^Λ 14 717 Ansprüche-

' 1., Vorfahren zum kontinuierlichen Speisen einen Verdampfungsbader; aus einem Metall oder einer Legierung mit hohem Schmelzpunkt, durch Einführen einen Metalldrahtes, · dadurch gekennzeichnet, daß man den Temperaturunterschied zwischen dem Bad und dem kontinuierlich zugeführten Draht unmittelbar vor seinem Eintatxchen in das Bad verringert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des kontinuierlich zugeführten Drahtes über 1200 C liegt, der Draht insbesondere zuschlagfrei ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der Temperatur des Drahtes im Augenblick des Eintauchens in den Schmelztiegel und der Badtemperatur kleiner al3 800 bin 1000 C ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bi3 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Heizen des Zufuhrdrahtes durch Stromwärme erfolgt.
5. Vorfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizen des Zufuhrdrahtes durch Induktion erfolgt.
6. Vorfahren nach einem der Ansprüche 1 bin 3, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß dae Heizen des Zufuhrdrahtes mit Hilfe einer Elektronenkanone erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht in einer solchen Menge pro Zeit- .. einhoit zugeführt wird, daß'die Verdampfung der Metalle oder Legierungen mit hohem Schmelzpunkt durch die zugeführte Menge ausgeglichen wird. "
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht zugeführt wird, dessen Zusammensetzung derjenigen des abdampfenden Metalles entspricht.
9. Vorrichtung zur Durchführung dos Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine "besondere Heizeinrichtung (4) zum Aufheizen des zur Speisung des Bades zugeführten Drahtes vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, daß die besondere Heizeinrichtung in unmittelbarer Nähe eines das Bad enthaltenden Tiegels (7) angeordnet ist.

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